Loài nấm lạ có khả năng "tái chế" chất thải nhựa và cao su

Loại nấm mới được phát hiện ở vùng Tây Nam Trung Quốc là loại nấm rất "phàm ăn" với các loại "thức ăn" chính là nhựa và cao su, các nhà khoa học hy vọng có thể sử dụng chúng để tái chế nhựa tốt hơn.

Khu vực đa dạng sinh học với hàng trăm nghìn loài nấm

Tỉnh Vân Nam phía tây nam Trung Quốc được xác định là vùng sinh sống của rất nhiều loại nấm lạ. Một nhà nấm học người Nam Phi, Peter Mortimer, đã nghiên cứu nấm Vân Nam hơn 10 năm tại Viện Thực vật học Côn Minh, ông cho biết một số loại nấm có thể giúp giải quyết vấn đề rác thải nhựa và cao su của trái đất.

"Vân Nam có rất nhiều cảnh quan và khí hậu trong một không gian nhỏ, từ rừng nhiệt đới đất thấp ở phía nam đến núi cao ở phía bắc. Vân Nam cũng rất nhiều núi và núi là một cảnh quan đa dạng với các loại rừng và đất khác nhau, tạo ra sự đa dạng lớn về môi trường sống của nấm."

Mặc dù đã có 6.000 loài nấm đã được phát hiện ở Vân Nam nhưng "có lẽ đó vẫn chỉ là một phần rất nhỏ trong tổng số các loài nấm của tỉnh này". Các nhà khoa học ước tính, Vân Nam có gần 100.000 loài vẫn chưa được biết đến. Trên toàn thế giới, các nhà khoa học đã xác định được khoảng 140.000 loài nấm.

Vào năm ngoái Mortimer, cùng với Samantha Karunarathna tại Đại học Sư phạm Qujing, Vân Nam, đã phát hiện ra một số loài mới với một khả năng đặc biệt: chúng có thể "tiêu hóa" được cả nhựa và mủ, hay cao su tự nhiên được làm từ nhựa cây. Những loài nấm mới phát hiện này có thể là chìa khóa cho các công nghệ xanh mới để tái chế chất thải nhựa và cao su. Mortimer cũng có linh cảm rằng khu vực nhiệt đới phía nam của tỉnh có thể có nấm ăn cao su.

“Chúng tôi đến đồn điền cao su ở Xishuangbanna để tìm nấm. Mortimer nói rằng có một chiếc túi ni lông cũ bỏ đi trong bụi cây và nấm mọc trên đó và tiêu hóa nó." Trong số các loài được tìm thấy trên túi nhựa, có 4 loài mới chưa từng thấy trước đây. "Chúng tôi tìm thấy rất nhiều loài mới. Nhưng loài nấm trên chiếc túi nhựa được phát hiện có bốn loài mới không liên quan đến nhau, tất cả đều có thể phân hủy nhựa - đó là một phát hiện tốt! ” Đặc biệt sau đó, họ còn vui mừng vì một bất ngờ khác, 4 loài nấm mới này đều có thể tiêu hóa mủ cây trong phòng thí nghiệm.

Loài nấm Vân Nam mới phát hiện hứa hẹn sẽ cho khả năng phân hủy cả mủ và nhựa rất tốt

Mortimer nói: "Nấm có khả năng tiêu hủy nhựa đã được biết đến nhiều năm trước, nhưng đây là lần đầu tiên chúng tôi phát hiện ra nấm có thể phân hủy mủ cao su. Và đây chắc chắn cũng là loài nấm đầu tiên có tác dụng kép, phân hủy được cả mủ và nhựa."

Latex hay còn gọi là cao su thiên nhiên là vật liệu được sử dụng rộng rãi, vượt trội hơn cao su tổng hợp trong nhiều ứng dụng, trong đó có lốp xe. Bằng khả năng ăn nhựa hoặc cao su, nấm có thể biến đối chủng thành sinh khối khác "Nó trông giống như bông gòn trắng, có mùi như một khu rừng ẩm ướt. Sau đó, nó có thể được sử dụng để làm phân bón, thức ăn gia súc, vật liệu xây dựng, biofoams và bao bì."

Mortimer và nhóm của ông đã cho nấm của họ ăn nhiều loại nhựa khác nhau. “Polyurethane - PU - là chất dễ bị phân hủy sinh học nhất, và đó là điều chúng tôi tập trung vào.” Thế giới đang bị nghẹt thở giữa đống rác thải nhựa, gần 300 triệu tấn được sản xuất mỗi năm. Chất dẻo làm từ polyurethane, được sử dụng để sản xuất bọt, sợi và lốp xe, chiếm 8 triệu tấn. Polyurethane khó tái chế nhưng 90% trong số đó được đưa vào các bãi chôn lấp. Kể cả khi được xử lý lại, polyurethane cũng thải ra các hóa chất ô nhiễm có hại cho sức khỏe.

Các loài nấm có thể tiêu hủy polyurethane trong phòng thí nghiệm đã được biết đến gần 20 năm trước. Các ứng dụng thực tế của nấm ăn nhựa đối với chất thải polyurethane đã được các nhà nghiên cứu thảo luận trong hơn một thập kỷ. Các chuyên gia trong lĩnh vực tái chế nói rằng, kỹ thuật dùng nấm tự nhiên nếu thành công, có thể thay thế những quy trình tái chế tốn kém và mất vệ sinh giống như quy trình làm phân trộn.

Nicole Pei, một kỹ sư quản lý chất thải (người sáng lập Cair Technologies, một công ty Hồng Kông chuyên cung cấp các hệ thống sinh học kiểm soát khí thải từ quá trình xử lý nước thải) cho biết: “Tái chế sinh học đã được chứng minh là phương pháp kinh tế nhất để quản lý chất thải và nước thải. Hiện nay nhựa được đem đi chôn lấp hoặc trải qua quá trình xử lý nhiệt, và việc xử lý dựa trên nhiệt đối với nhựa có chứa clo có khả năng tạo ra dioxin và việc sử dụng nhiên liệu để tạo ra đủ nhiệt là rất tốn kém."

Tuy nhiên, các loại nấm được phát hiện cho đến nay được cho là chưa đủ nhanh để tiêu hóa nhựa, Liệu loài nấm Vân Nam vừa được tìm thấy có mang đến sự khác biệt không? Mortimer nhấn mạnh rằng nghiên cứu của ông chỉ mới bắt đầu, nhưng nói rằng kết quả đã cho thấy nhiều hứa hẹn - những loài nấm được tìm thấy trên túi nhựa ở Xishuangbanna là những loài phàm ăn PU.

Mortimer cho biết: “Tôi rất phấn khích - bốn loài mới này đang xâm nhập mạnh mẽ vào PU, cho thấy tốc độ thoái hóa rất cao." Tuy nhiên khả năng ăn mủ cây của những loài nấm tương tự khác vẫn cần thêm những đánh giá. "Chúng tôi đang ở giai đoạn rất sớm của quá trình. Trong phòng thí nghiệm, những loài nấm này thu được dinh dưỡng từ mủ, nhưng chúng tôi chưa kiểm tra tỷ lệ hao hụt và thoái hóa khối lượng của mủ ”.

"Vũ khí" đặc biệt của loài nấm

Điều gì có thể cho phép loài nấm có thể "ăn" những vật liệu khó tiêu như nhựa? Mortimer giải thích rằng nấm sở hữu các enzym chuyên biệt mà không sinh vật nào có được. Các enzym này có thể phá vỡ các liên kết bền chặt trong các hợp chất hóa học, như lignin và cellulose - loài những loại chất khó tiêu hóa đối với phần lớn các sinh vật sống. Đặc điểm này còn cho phép một số loài nấm tiêu hóa cả gỗ.

Tuy nhiên, Mortimer giải thích rằng nấm không chỉ có một loại enzym như vậy, mà là “một kho vũ khí của chúng; một loại cocktail enzyme cho phép nấm thích nghi và hưởng lợi từ các môi trường khác nhau.." Một điều mà Mortimer và các nhà nghiên cứu còn băn khoăn và đang tìm câu trả lời là liệu khả năng phân hủy nhựa và mủ chỉ là một "tai nạn" của tự nhiên hay là kết quả của quá trình tiến hóa. Ông giải thích rằng, một loại enzyme được phát triển để phá vỡ gỗ cũng có thể cắt các phân tử như polyurethane. Bên cạnh đó, việc ăn nhựa và nhựa mủ có thể là kết quả của quá trình tiến hóa của nấm để khai thác tài nguyên của thế giới ô nhiễm của chúng ta.

Mortimer hiện đang nghiên cứu thêm về các enzym cắt nhựa và mủ của nấm và các gen mã hóa chúng. Nếu chúng khác nhau thì có thể "khả năng này đã được phát triển độc lập bởi các loại nấm khác nhau, cho bạn thấy rằng nấm đang thích nghi với môi trường."

Mortimer nói thêm: "Chúng tôi cũng tìm thấy một loạt các loại nấm khác sống trực tiếp trên mủ cao su trên đồn điền. Các nghiên cứu đều đang được tiến hành, tuy nhiên hiện vẫn chưa xác định chính thức đặc điểm và trình tự của chúng."

Nhiều loài nấm "tái chế" nhựa khác có thể đang có Vân Nam

Để có thể tái chế ở quy mô công nghiệp, việc ăn nhựa và mủ của loài nấm mà Mortimer quan sát được trong đĩa petri phải được chuyển đến một lò phản ứng sinh học. “Nghe có vẻ là một điều to lớn và ấn tượng, nhưng lò phản ứng sinh học không hơn gì một bể thép, nơi bạn duy trì các điều kiện hoàn hảo để giữ cho nấm sống tốt nhất”. Mortimer cho biết: "Lò phản ứng sinh học rất đơn giản, nhưng chúng có thể tốn kém để vận hành và xây dựng". Hiện anh ấy đang xin tài trợ.

"Bước tiếp theo của chúng tôi và thiết lập và vận hành các lò phản ứng sinh học. Chúng tôi sẽ cố gắng tính toán sự suy thoái khác nhau ở các khối lượng nhựa và nấm khác nhau, đồng thời thử các điều kiện trồng trọt khác nhau để xem điều gì làm cho nấm dễ tồn tại nhất. Trong một hoặc hai năm, chúng tôi sẽ có lò phản ứng sinh học của riêng mình để kiểm tra điều này."

Mortimer sau đó có kế hoạch xin cấp bằng sáng chế cho các phương pháp phân hủy nhựa bằng nấm trong lò phản ứng sinh học. Hiện ông đã có một bằng sáng chế cho loài nấm ăn nhựa đầu tiên thuộc giống Aspergillus mà nhóm của ông đã tìm thấy ở Vân Nam.

“Vào năm 2022, chúng tôi đã được cấp bằng sáng chế, ở cấp độ đĩa petri, các quy trình chuẩn bị nhựa, cho nó tiếp xúc với một số hình thức xử lý - chẳng hạn như tia cực tím để giúp phân hủy nó trước và sau đó để nấm phát triển ngay trên đó.”

Mortimer giải thích: “Các loài mới đang tỏ ra hiệu quả hơn, và ở cấp độ lò phản ứng sinh học, sẽ có các bằng sáng chế khác nhau do các điều kiện trồng trọt khác nhau. Mỗi loài nấm hoặc hoặc cocktail của các loài, có thể là một bằng sáng chế riêng biệt. Ngoài ra khi chúng tôi tham gia vào các loại nhựa khác nhau, một loạt các bằng sáng chế sẽ theo sau."

Những loài nấm mà nhóm của Mortimer tìm thấy đã mang đến những hứa hẹn đầy tiềm năng ban đầu, những việc tìm kiếm thêm các loại nấm vẫn đang được tiếp tục. Ông cũng nói rằng để tái chế nhựa dựa trên nấm công nghiệp có thể bán được trên thị trường, các loại nấm được sử dụng phải “chilled out” và có “kho vũ khí hóa học phù hợp”. Khái niệm "chilled out" đề cập đến sự chấp nhận môi trường sống, có nghĩa là chúng sẽ không kén chọn điều kiện của chúng trong lò phản ứng sinh học. "Chúng phải thoải mái trong một môi trường chung, nơi bạn không có chi phí năng lượng lớn để giữ nhiệt độ cao hoặc thấp, duy trì lượng oxy và carbon dioxide cụ thể cấp độ". Còn “kho vũ khí hóa học” đề cập đến các enzym tồn tại ở nấm.

Mortimer cũng hy vọng tìm ra các loại nấm cũng có thể phân hủy các loại nhựa cứng hơn. "Nấm cần phải có vũ khí, enzym để phân hủy chứ không chỉ có PU, vì với PU, chúng ta đang phải cạnh tranh với một ngành công nghiệp tái chế rất lớn. Nhưng nếu chúng ta bắt đầu phá vỡ các loại nhựa chịu lực tốt hơn như polyvinyl, thì chúng ta có thể thực sự nổi bật. ”

Vì lý do này, Mortimer nói rằng các nhà khoa học sẽ cần nhiều hơn một loài nấm "chilled out". "Để có giải pháp cuối cùng, trong một lò phản ứng sinh học, chúng ta cần một loại nấm như vậy, với các enzym khác nhau để tiêu hóa các loại nhựa khác nhau." Anh ấy cũng nói thêm rằng "Nhìn xa hơn trong tương lai, tôi cũng có thể thấy một loại bình xịt được làm từ các enzym nấm có thể được phun lên nhựa."

Ngoài ra Mortimer giải thích, nấm cũng có thể cung cấp một cách để tái chế nhựa đã nung chảy không thể tái chế bằng các phương pháp hiện có. "Việc tái chế thông thường không hiệu quả đối với những thứ như vải thun được tích hợp trong quần jean của bạn và Gói Tetra có lớp lót nhôm bên trong. Có khả năng, một loại nấm có thể phát triển thành chất thải như vậy và tiêu hóa có chọn lọc các thành phần khác nhau trong các hệ thống hợp nhất đó."

Liệu nấm có thể sống theo tiềm năng này và cung cấp giải pháp tái chế chất thải nhựa xanh? Điều này hoàn toàn có thể nếu chúng ta tìm thấy đúng loại nấm. "Vấn đề là thời gian mà các loại nấm có kho vũ khí hóa học phù hợp sẽ tự xuất hiện. Về mặt thống kê, rất có thể chúng đang ở Vân Nam."